4.3 微机控制点火系统

第三节微机控制点火系统•点火系统发展：传统点火系统-半导体辅助点火系统-普通电子式点火系统-微机控制电子点火系统-无分电器点火系统。•普通的点火系统对点火提前角的控制均采用离心式或真空式点火提前装置，存在机械系统滞后效应、磨损以及装置本身的机械记忆量等因素的影响。该点火系统不能保证点火时刻处于最佳值。逐渐被微机控制点火系统取代。•微机控制点火系统是70年代末开始使用无触点点火装置后的又一重大进展，其最大的成功在于实现了点火提前角的自动控制，即可根据发动机的工况对点火提前角进行适时控制。因而可获得混合气的最佳燃烧，从而能最大限度的改善发动机的高速性能，提高其动力性、经济性，减少排气污染。其特点是…微机控制点火系统特点在所有的工况及各种环境下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机在动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳状态。在整个工作范围内，均可对点火线圈的导通角进行控制。可使线圈中存储的点火能量保持恒定不变。采用闭环控制后，可使点火提前角控制在刚好发生爆震的状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。微机控制点火系的组成主要由与点火有关的各种传感器、电子控制器（ECU电脑）、点火电子组件（点火器）、电源、点火线圈、分电器、火花塞等组成，如图所示。分类传感器传感器用来不断地检测与点火有关的发动机工作状况信息，并将检测结果输入电子控制器，作为运算和控制点火时刻的依据。各车型使用的传感器类型、数量、结构及安装位置不同，但其作用大同小异。微机控制的电子点火系统中所用的传感器主要有以下几种：各类传感器以及所传递的信号l）曲轴位置传感器包括以下两个部分：①曲轴转角(或发动机转速)，将发动机曲轴转过的角度转换成电信号输入ECU。②曲轴基准位置（点火基准传感器,活塞上止点位置）：曲轴转到某一特殊位置，如1缸上止点或上止点前某一确定的角度时，输出一个脉冲信号，微机将这一脉冲信号作为计算曲轴位置的基准点，并与曲轴转角信号一起计算曲轴任意时刻所处的具体位置。磁脉冲式，霍尔效应式和光电式三大类。原理同信号发生器。2）空气流量计（进气管负压传感器）检测进气量信号，用于计算基本喷油持续时间，也可作为负荷信号计算基本点火提前角；3）冷却液温传感器：检测水温信号，反映发动机工作温度的高低，修正基本点火提前角，并控制启动或暖机期间的点火提前角；4）氧传感器：检测空燃比浓稀信号；5）节气门位置传感器：检测节气门的开度和加速信号，用于判断发动机工况，对点火提前角进行修正；6）车速传感器：检测车速信号；7）空档开关：检测变速器空档信号；8）点火开关：检测点火状态还是起动状态信号；9）空调开关：检测空调是开还是关信号。10）蓄电池：检测电池电压信号11）进气温度传感器：检测进气温度信号，用于修正点火提前角12）爆震传感器：检测发动机有无爆震，并将信号送入控制单元，对点火提前角进行修正。实现了点火提前角的闭环控制。检测方法：汽缸压力、发动机机体振动、燃烧噪声等。电子控制器（ECU）控制电脑一般被称为ECU，英文为（ElectronicControlUnit）它是点火控制系统和喷油控制系统的中枢，作用是接收上述各有关传感器信号，并按照特定的程序进行判断、运算后，给点火电子组件输出最佳点火提前角和初级电路导通时间的控制信号。在现代发动机集中控制系统中，点火系统仅是电子控制器的一个子系统。输出回路电子控制装置输入回路A/D转换器微型计算机输出回路输出回路的主要作用：微机输出的数字信号电压较低，用这种数字信号一般不能驱动执行元件，需要采用输出回路将其转换成可以驱动执行元件按要求工作的信号，输出回路输出的控制信号通常有：喷油器驱动信号，点火控制信号和电动汽油泵驱动信号。微机微机的主要作用是根据汽车的运行工况，把各种传感器送来的信号进行运算处理，并把处理的结果送往输出回路，微机由中央处理器（CPU）、输入/输出装置(I/0)和存储器（ROM/RAM）等组成。点火器点火器是综合控制的执行器之一，点火器的作用是根据ECU的指令，通过内部的大功率三极管的导通和截止，控制初级电流的的通断，完成点火工作。点火器（点火电子组件）各种发动机的点火器结构各不相同，有的点火器除接通、切断初级电路的功能外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。也有的发动机不设点火器，控制初级电路的大功率三极管设在控制器（ECU）内部微机控制点火系的分类微机控制点火系统，按照是否保留传统的分电器（实质上指配电器），可分为两大类：1.有分电器点火系统;2.无分电器点火系统同时点火方式单独点火方式。1.有分电器点火系统（非直接点火系统）仍保留分电器的微机控制点火系称为非直接点火系统。该系统中，点火线圈的高压电是经配电器进行分配的，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火。2.无分电器点火系统(直接点火系统)该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时，点火线圈产生的高压电直接送到各火花塞、由微机根据各传感器输入的信息，依照发动机的点火顺序，适时地控制各缸火花塞点火。2.无分电器点火系统(直接点火系统)无分电器点火系统，按照目前常见的型式又大致可分为两种类型：两缸同时点火方式点火系统（最常用）单独点火方式点火系统无分电器：高压线直接和火花塞相连各缸单独点火虽然两缸共用一个点火线圈得方式取消了分电器，但由于废火的出现导致了火花塞加速腐蚀的趋势，为此现已开始采用每一个火花塞装有自己的“塞顶”线圈，每一个气缸有一个点火线圈的方式。这种方式虽然较费钱，但发动机能得到较好的发动机性能。微机控制点火系统控制原理微机控制点火系统工作原理微机控制点火系统控制内容•点火系控制的主要内容是指点火提前角的确定和闭合角的控制•爆震控制点火提前角的控制点火提前角对发动机的动力性、燃油消耗率、排气净化等性能产生直接影响，因此必须予以控制。但由于点火提前角的控制本身属于相当复杂的多元求解问题，因此难以找到精确地数学模型。但考虑影响发动机点火提前角的主要因素是转速和负荷，人们普遍采用了实验法，来获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳点火提前角，以此找出三维控制模型图，再将其图转换成二维表。•点火提前角控制系统，因制造厂家开发的点火装置的型号不同而各异。下面着重介绍丰田汽车微机控制点火系统（简称TCCS系统）点火提前角的控制原理及控制过程。•日产ECCS系统起动时点火提前角的确定•发动机起动期间，转速较低，进气流量信号或进气歧管绝对压力信号不稳定，点火时刻一般固定在某一初始点火提前角下。•起动时点火提前角的主要控制信号，发动机转速，起动开关和冷却液温度等。丰田汽车TCCS系统起动后点火提前角的控制初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角-暖机修正怠速稳定性修正过热修正空燃比反馈修正闭合角控制•只有通电时间达到一定值时，一次电流才能到达饱和。而二次电压最大值与断开电流成正比，所以必须保证一定的通电时间，才能使二次电压达到规定值。但是通电时间过长，线圈又会发热，并使电能消耗增加。•所以必须对点火线圈一次电路的通电时间（即闭合角）进行控制。爆震控制•避免爆震的措施：推迟点火。爆震控制系统微机控制点火系应用实例•丰田汽车发动机微机控制系统，常叫TCCS系统。它是一种综合性控制系统或者叫集中控制系统如图曲轴转角传感器水温传感器空气流量计氧传感器节气门位置传感器变速器空挡空调信号进气温度爆震传感器蓄电池电压丰田点火系丰田汽车微机控制点火系统丰田车微机控制点火系统，其主要作用是控制点火提前角;常叫ESA系统，甩掉了传统的离心和真空调节机构，其点火提前角完全由微机进行控制该系统为非直接点火系统，即保留分电器中的配电器，点火线圈产生的高压电。经配电器送至各缸火花塞。丰田汽车微机控制点火系统1、曲轴位置转角传感器1.功用：曲轴位置传感器是微机控制点火系中最重要的传感器之一，它是微机控制点火系中必不可少的信号源，向电子控制器输入活塞位置（上止点）、曲轴转速等信息。2.类型：常用的曲轴位置转角传感器型式有：磁感应式、光电式、霍尔式等。丰田汽车微机控制点火系统1、曲轴位置转角传感器3.安装位置：（常见有以下几种）1)飞轮壳上2）曲轴前端3）凸轮轴前端4)分电器内丰田的曲轴位置转角传感器在分电器内，采用磁电式，结构如下图丰田汽车微机控制点火系统1、曲轴位置转角传感器•4.结构及原理:曲轴位置转角传感器包括两个传感器：分电器曲轴基准位置传感器（G信号），位于上部曲轴转角传感器（Ne信号）位于下部Ne信号发生器4.结构及原理:曲轴位置转角传感器包括两个传感器：①曲轴转角传感器（Ne信号发生器）作用：检测曲轴转角及发动机转速信号信号转子上有24个齿，固定在分电器轴上，传感线圈固定在外壳上，原理和普通电子点火系统中的磁感应信号发生器相同。转子转一圈，相当于曲轴转2圈。所以每产生一个交变信号，相当于曲轴转30度。ECU通过内部特设的转角脉冲信号，将30°在均分30等份，使转角步长为1°G信号发生器4.结构及原理:曲轴位置转角传感器包括两个传感器：②曲轴基准位置传感器G信号发生器作用：判别活塞上止点位置。由信号转子和两个传感线圈组成，分别产生G1、G2两个信号。G1信号用来检测第六缸上止点位置G2信号用来检测第一缸上止点位置实际检测上止点前10ºG信号和Ne信号的关系如图6－44所示。G信号和Ne信号的关系丰田汽车微机控制点火系统2、电子控制器（电脑）1）在电子控制器的存储器（ROM）中，存储着点火控制程序和点火提前角的数据。点火提前角的数据是在各种工况下，通过大量实验获得的，它可使发动机在任何工况下，都能得到理想的或者最佳的点火时刻。电脑选出最佳点火提前角2）在发动机工作中，电子控制器（电脑）根据各传感器输入的发动机信息，经过处理再从储器中选则出最佳电火时间。电脑输出控制信号IGt3）根据曲轴转角传感器输入的G1、G2信号与Ne信号,判断出发动机曲轴（活塞）到达规定的位置时，适时的输出点火控制信号IGt至点火器.当IGt信号变成低电位时，点火器中大功率三极管截止，点火线圈的初级绕组电路被切断，次级统组产生高压电（约20～35kV），通过配电器至火花塞处产生火花。本章小结•掌握传统点火系统的组成，每个组成部份的结构和工作原理，两个点火提前机构简单了解。•重点掌握点火系统的三个工作过程。•对于普通电子点火系统，重点掌握磁脉冲式和霍尔效应式信号发生器的工作原理，以及点火器的工作原理。•对于微机控制点火系统，重点掌握组成，工作原理，控制内容，以及丰田汽车微机控制点火系统实例。•对于微机控制无分电器点火系统，只要掌握基本结构即可